[发明专利]基于分形维数度量钙质土破碎率的方法

说明书

本发明公开了一种基于分形维数度量钙质土破碎率的方法：取初始土样进行筛分试验；得到初始土样的颗粒最大粒径d_M，绘出(log(d/d_M)，log(F(d)))关系散点图；线性拟合，得到直线斜率k₀，求出初始土样的分形维数D₀＝3‑k₀；初始土样经外部荷载作用后进行筛分试验；得到外部荷载作用后的土样的颗粒最大粒径d′_M，绘出(log(d/d′_M)，log(F(d)))关系散点图；线性拟合，得到直线斜率k'，求出外部荷载作用后土样的分形维数D'＝3‑k'；令钙质土分形维数的最大值为D_M，钙质土的破碎率B_r,D由公式度量。本发明度量出的钙质土地基土体破碎率与实际情况更加相符。

技术领域

本发明涉及一种钙质土破碎率的度量方法，更具体的说，是涉及一种基于分形维数度量钙质土破碎率的方法

背景技术

钙质土在南海地区有着广泛的分布，该海域内岛礁远离大陆，各种物资能源极度匮乏，为缓解能源紧缺，必须在这些岛屿进行风电开发建设。而在建设过程中，场地打桩、地基土的夯实以及车辆碾压等均会造成钙质土地基的颗粒发生破碎，从而使得地基土的物理力学性质发生改变。土的颗粒破碎一般是指组成土的颗粒在外部荷载作用下产生结构破坏或破损，分裂成多个更小的颗粒。目前常用的两种破碎率评价方法包括Hardin和Einav方法。

如附图1所示，Hardin方法假设粉粒的粒径上限0.074mm作为颗粒破碎的极限粒径，以初始级配曲线与过程级配曲线所围成的面积B_t，比上初始级配曲线与极限粒径所围成的面积B_p,H，得到Hardin破碎率B_r,H如式(1)所示。近年来越来越多的研究成果显示，土体颗粒破碎的极限状态是一条完整的级配曲线，故而，如附图2所示，Einav在Hardin方法的基础上，提出以初始级配曲线与过程级配曲线所围成的面积B_t比上初始级配曲线与极限级配曲线所围成的面积B_p,E，来作为Einav破碎率B_r,E的数值(见式(2))。

式中，B_t为初始级配曲线与过程级配曲线所围成的面积，B_p,H为初始级配曲线与极限粒径0.074mm所围成的面积，B_p,E为初始级配曲线与极限级配曲线所围成的面积，B_r,H与B_r,E分别为由Hardin和Einav方法计算出的土体破碎率。

然而，上述两种常用方法均存在其自身的缺点。Hardin方法以粉粒的粒径上限0.074mm作为颗粒破碎的极限粒径，缺乏试验证据，且对颗粒破碎的潜能带来了一定的放大作用。Einav方法计算结果更加准确，但在实际工程中要得到极限级配曲线较为困难。因此，提出一种新的能够快速、准确地度量钙质土破碎率的方法对南海岛礁的建设与开发至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种基于分形维数度量钙质土破碎率的方法，采用该方法度量出的钙质土地基土体破碎率与实际情况更加相符。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明基于分形维数度量钙质土破碎率的方法，包括以下步骤：

步骤一，按照《土工试验规程》SL237-1999中的操作步骤，取初始土样进行筛分试验；

步骤二，根据步骤一中的筛分试验结果，得到初始土样的颗粒最大粒径d_M，并在直角坐标系中绘出对应于初始土样的(log(d/d_M)，log(F(d)))关系散点图，其中d表示颗粒的某一粒径，F(d)表示粒径小于d的颗粒质量占总质量的百分比；